《拖轮控制系统双电源改造方案》
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摘 要：在1998年之前建造出厂的部分港作拖轮的控制系统只有一路电源,船舶辅机由于多种因素发生停机故障,引起发电机主开关跳闸,电站不能供电造成全船失电时,船舶的控制系统失灵,不能正常对船舶进行机动操纵,这不仅使本船的安全得不到保证,而且也使被助泊的大船处境十分危险.因此从机动性、安全性的角度出发,有必要对原单电源控制系统的拖轮进行双电源改造,从而保证拖轮控制系统电源的正常供应,确保船舶控制系统、操纵系统正常工作,保障船舶运行的安全.
关键词：失电;双电源;DC/AC转换电源
中图分类号：U674.24 文献标识码：A文章编号：1006—7973（2020）02-0046-03
近年来,宁波舟山港口吞吐量逐步上升,2017年宁波舟山港口吞吐量为100711万吨,比2016年增加了8934万吨,集装箱吞吐量为2597万TEU,同比增长13.8%.其中拖轮助泊量也同步上升,同时拖轮还要承担宁波舟山港口抢险、消防、拖带等特殊作业,因此拖轮安全运行是宁波舟山港正常生产的重要保障.
从目前公司拖轮的状况来看,在1998年之前建造出厂的拖轮我公司有11艘,其中控制系统只有单电源（一路电源）控制的有7艘,随着船舶使用年限的增加,设备老化、工作环境等的不确定因素,船舶电站在长时间的运行中,发生多起由于发电机主开关跳闸及辅机停机引起的全船失电,拖轮的控制系统失灵,无法对船舶进行有效的机动操纵,不仅使本船的安全得不到保证,而且也使被助泊的大船处境十分危险.而公司1998年以后建造的船舶都具有双电源供电功能,即使船舶在运行中发电机主开关跳闸或辅机停机,在一定时间内（15分钟）控制系统有备用电源供电,不会影响船舶操纵,可以有足够时间去应对主电源失电情况,有效保证了本船与大轮的安全.但跟日本生产厂家联系,把拖轮控制系统单电源改成双电源的改造费用高昂,需要50多万元.针对这种情况,公司下定决心进行自行攻关改进.
1 拖轮控制系统单电源状况
要对拖轮控制系统进行改造,必须要熟悉其控制的原理.以甬港消拖1号船为例：主机、舵桨和离合器系日本新泻公司产品,主机型号为6L28HX,舵桨型号为ZP21-2A,单机功率1800PS,配滑差式离合器与舵桨配接,拥有独立的控制及报警系统,同时设有独立的电源.主机、舵桨、离合器及其报警系统审图.原图纸如图1（消拖1号控制电源系统图）：
图1所示为甬港消拖1号轮的主机、舵桨、离合器控制及报警系统电源图,电源由AC220V、变压器TR1（300VA）、TR2（300VA）、蓄电池及相关电路组成,提供交流220V、100V、直流24V电压供系统工作.当船舶正常供电时,电源经开关、变压器及相关电路处理后得到AC220V、AC100V及DC24V与蓄电池提供的DC24V一起供系统正常工作,一旦发生发电机主开关跳闸及辅机停机引起的全船失电问题时,船舶的控制系统失电,船上工作人员就无法对船舶进行有效的机动操纵.
2 拖轮控制系统单电源的改造
主机、舵桨、离合器及其报警系统控制电源改造.图纸如图2（消拖1号双电源改造方案图）：
图2所示为甬港消拖1号轮主机、舵桨、离合器及其报警系统电源控制改进图.图中在原线路上新增一路备用电源,由应急充放蓄电池组作为后备电源.船舶原来供电系统作为主电源,正常使用时主电源供电,新增加的一路電源处于备用状态,当船舶供电失常时,新增的一路电源自动投入,有效的保证了船舶的正常运行.改造时需满足：①增加两个DC/AC转换电源,是否有足够安装空间.②DC/AC转换电源在船舶正常供电失常时,自动投入需十分快速,转换时间短（小于10ms）,否则会导致主电源失常时,备用电源还没转换成功.船舶控制系统需要重新启动,船舶安全运行得不到保证.③DC/AC转换电源空载电流小,在没有负载情况下可以节约能源,在投入使用时,满足船舶安全运行时间要大于15分钟,使船上工作人员有足够时间处理紧急情况.
3 增加指示、报警电路
由于供电电源的增加,在使用中应把设备原来的供电电源作为正常工作中的主电源,新增加的电源作为备用电源,在船舶正常供电受到影响时的应急救助,因此,备用电源的使用应有明确的声、光指示,提醒船上工作人员需要及时处理,因此在电路使用中原设备中的AC220V主电源失电报警的同时,新增加了电源输出端的声、光报警.电路如图3.
4 DC/AC转换电源设备选用说明
经过多家转换电源生产商的比对,这次设备改造中用到的DC/AC转换电源采用深圳市欧瑞电力设备有限公司生产的多功能24V纯正弦波工频逆变器.深圳市欧瑞电力设备有限公司位于中国–深圳宝安,是深圳市规模最大的配套电力电源生产厂家之一,主要产品有：直流屏、直流壁挂电源、EPS应急电源、高频电力逆变器、高频通信逆变器、工频电力逆变器等系列电源产品,是一家集专业研制开发、生产、销售一体系的高新技术企业,并且在电源技术多个领域上一直处于国内领先水平.
多功能24V纯正弦波工频逆变器具有以下特性：
（1）全铜变压器设计,高效率运作（效率大于85%）,噪声小.
（2）前面板LED指示灯能对设备状态一目了然.
（3）空载电流小,在没有负载情况下可以节约能源（节电模式低于25W）.
（4）具有过压、低压、过载、过流、短路及过高温保护功能.
（5）带载能力强,可带空调、风扇、电机等感性类负载,高恶劣环境稳定性好、寿命长.
（6）输入电压范围广（DC21V等DC32V）,转换时间快（小于10ms）.
（7）喷粉钢构外壳,耐腐蚀钢底盘,具有一定防水功能.
（8）多功能24V纯正弦波工频逆变器外部尺寸不大,经测量驾驶台操纵面板下方有足够空间符合安装条件.
5 拖轮控制系统单电源的改造后运行的情况
关于甬港消拖1号轮主机、舵桨、离合器控制系统双电源改造的项目,于2016年年底提出申请,报公司技术部门审批,并列入2017年成安创新工作室的改造项目.
根据消拖1号轮的大修计划,修船计划于2016年9月进行,在17年的1至8月份,先后完成了甬港消拖1号轮主机、舵桨、离合器控制系统双电源改造方案的研制、设定,并完成了器材采购,前期工作于8月份之前全部完成.
2017年9月,利用消拖1号轮进厂大修时间,工作室参加人员一起投入改造工作,于9月18日成功完成了改造工作,并进行试航测试：
（1）起航前,1号蓄电池组电压25.6V,主电源断电时,蓄电池组供电电流25A,全船应急设备及主机、舵桨、离合器控制系统工作正常.
（2）航行5分钟,1号蓄电池组电压24.8V,电流25A,船舶运行正常.
（3）航行10分钟,1 号蓄电池组电压24.2V,电流25A,船舶运行正常.
（4）航行15分钟,1号蓄电池组电压24V,电流25.6A,船舶运行正常.
（5）航行20分钟,1号蓄电池组电压23.5V,电流26.2A,DC/AC转换器出现低压报警,将主电源恢复供电,测试结束.
经过以上试验,设备改造完全适合船舶正常航行,而且提高了船舶航行的可靠性.经过改造,消拖1号轮船舶的安全运行得到保障.经过2年多的实际运行,船舶的操纵、控制未出现任何的问题.因此,借鉴消拖1号轮的改造经验,对拖16、拖17轮也进行双电源改造,可以提高船舶航行的安全性,获得良好的使用效果.工作室后续还要将控制系统单电源拖轮逐步进行改造,因为改造时由于电缆需要重新铺设,改造后还要对设备进行测试,所以拖轮控制系统单电源改成双电源一般在船舶进厂大修时进行.
6 改造费用
根据厂方报价,欧瑞ORN-1024多功能逆变器（220、110系列）每台售价1500元人民币,每船总计两台（3000元）,另加敷线等配材,预计每船改造费用在5000元左右.对比日本生产厂家的50多万元,节省费用十分可观.
7 结束语
从目前中国各个港口使用的拖轮情况来看,大多数主要的设备--主机、舵桨系统、控制系统向日本厂家采购,国外厂家利用技术优势,往往在物料、备件、技术改造方面漫天要价.从对拖轮原单电源控制系统进行双电源改造后的结果来看,主要存在两个关键因素：一是对拖轮原单电源控制系统原理掌握程度,二是国内加工制造业的发展,生产多功能24V纯正弦波工频逆变器的深圳市欧瑞电力设备有限公司是一家集专业研制开发、生产、销售一体系的高新技术企业.这样的企业在中国是越来越多,中国已经从加工制造业大国变成加工制造业强国.这也是我們进行技术改造的底气,相信自己有能力、有条件、有实力进行改造.
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